JP3805309B2

JP3805309B2 - Servo motor drive control device

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Publication number: JP3805309B2
Application number: JP2003022102A
Authority: JP
Inventors: 平輔岩下; 宏之河村; 志▲い▼ 湯
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2023-01-30
Also published as: US7084596B2; EP1443372B1; US20040183495A1; CN100449933C; DE602004004177T2; EP1443372A3; CN1520025A; JP2004234327A; DE602004004177D1; EP1443372A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械のテーブル等の送り軸を駆動するサーボモータの駆動制御装置に関し、テーブルに取り付けられた被加工物を加工する際に、送り軸の移動方向が反転する際に加工面に生じる突起を少なくするサーボモータの駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械等において、テーブルを移動させる送り軸を駆動するサーボモータの駆動方向が反転する際、通常、送りねじ軸のバックラッシュや摩擦のためにテーブルは即座に反転することができない。そのためテーブルに取り付けられた被加工物に対して円弧切削等を行っているとき、この駆動方向反転時の円弧切削面に突起が生じる。
【０００３】
例えば、Ｘ軸，Ｙ軸の直交平面上を移動するテーブルに取り付けた被加工物に対して円弧切削を行っている場合において、Ｘ軸はプラス方向に移動し、Ｙ軸はマイナス方向に移動して円弧切削を行っている途中で象限が変わり（なお、円弧中心を座標系の原点とする）、Ｙ軸はそのままマイナス方向に移動するがＸ軸は移動方向が変わりマイナス方向に移動するものとする。この場合、Ｙ軸に対してはそれまでの駆動速度で駆動され切削がなされるが、Ｘ軸は方向反転時、位置偏差が「０」となりトルク指令が小さくなり、摩擦の影響で即座には反転できない。さらに、送りねじのバックラッシュにより、このバックラッシュ分、テーブルのＸ軸方向への移動は遅れる。その結果、この象限が変わるときに切削面に突起が生じる。以下この突起を象限突起という。
【０００４】
この象限突起を減らす方法として様々な補正方法が提案されている（例えば、特許文献１等）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１１０７１７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これら提案されている方法は、象限突起を減少させるために付加する補正量を、この補正の効果を確認しながら補正量の大きさを調整するもので、この調整に多くの時間を必要としていた。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、この象限突起を減少させる補正を容易にできるようにしたサーボモータの駆動制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願請求項１に係わる発明は、上位制御装置あるいは上位制御部から所定サンプリング周期で送られる位置指令と位置検出器からの位置フィードバックとの偏差に基づいて所定周期毎に速度指令を出力してサーボモータを駆動制御する制御装置において、前記サーボモータで駆動される被駆動部の所定区間を繰り返して駆動して所定周期に亘る位置偏差を求め、該位置偏差に基づいて学習制御を行い、該学習制御によって得られた速度指令に基づいて補正データを求め、前記補正データを解析し、関数近似した第２の補正データを作成し、所定時間に亘って前記速度指令を前記第２の補正データにより補正しながら前記サーボモータを駆動制御するようにすることによって、加工精度を向上させたものである。又、請求項２に係わる発明は、前記速度指令の補正データを学習制御により得られた速度指令とした。
さらに、請求項３に係わる発明は、前記補正データを、学習制御によって得られた速度指令から、前記位置指令を微分した微分値を差し引いて求めたものとした。
【０００９】
又、請求項４に係わる発明は、前記補正データを、位置指令反転時より所定時間の補正データとし、前記位置指令の反転を検出する手段を備え、該位置指令反転時より所定時間に亘って前記補正データより補正量を求めて速度指令を補正するようにした。さらに、請求項５に係わる発明は、前記サーボモータの駆動制御装置にコンピュータを接続し、該コンピュータによって前記速度指令の第２の補正データを作成するものとした。
【００１０】
請求項６に係わる発明は、上位制御装置あるいは上位制御部から所定サンプリング周期で送られる位置指令と位置検出器からの位置フィードバックとの偏差に基づいて所定周期毎に速度指令を出力し、前記速度指令と速度検出器からの速度フィードバックとの偏差に基づいて所定周期毎にトルク指令を出力してサーボモータを駆動制御する制御装置において、前記サーボモータで駆動される被駆動部の所定区間を繰り返して駆動して所定周期に亘る位置偏差を求め、該位置偏差に基づいて学習制御を行い、該学習制御によって得られたトルク指令に基づいて補正データを求め、前記補正データを解析し、関数近似した第２の補正データを作成し、所定時間に亘って前記トルク指令を前記第２の補正データにより補正しながら前記サーボモータを駆動制御するようにした。請求項７に係わる発明は、前記補正データは、該学習制御によって得られたトルク指令から、前記位置指令を２階微分した微分値を差し引いて求めるものとした。
【００１１】
請求項８に係わる発明は、前記補正データを、位置指令反転時より所定時間の補正データとし、前記位置指令の反転を検出する手段を備え、位置指令反転後、所定時間に亘って前記トルク指令を該補正データに基づいて補正するようにした。また、請求項９に係わる発明は、前記サーボモータの駆動制御装置にコンピュータを接続し、該コンピュータによって前記トルク指令の第２の補正データを作成するものとした。
【００１２】
請求項１０に係わる発明は、前記補正データを学習制御によって得る代わりに、前記位置指令の反転を検出する手段を備え、前記制御装置の制御対象に働く摩擦のモデルを前記速度指令から前記トルク指令を作成するまでのオープンループ伝達関数の逆関数へ入力した場合の出力を、位置指令の反転から所定時間における前記速度指令の補正データとした。さらに、請求項１１に係わる発明は、この逆関数の出力にフィルタを適用し、前記フィルタの出力を前記速度指令の補正データとした。さらに、請求項１２に係わる発明は、このフィルタ処理された補正データを前記フィルタの遅れ時間分早めてフィルタによる遅れを補正した補正データとした。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施形態におけるサーボモータの駆動制御装置の要部ブロック図である。
数値制御装置等の上位制御装置又は上位制御部から指令される位置指令から、制御対象５であるサーボモータ、もしくは該サーボモータで駆動させるテーブル等の可動部の実際位置の位置フィードバックを減算器１で減算し、位置偏差を求める。該位置偏差にポジションゲインＫｐ（要素２）を乗じて速度指令を求め該速度指令に速度オフセット手段４に予め設定されている補正データから求められる補正量を加算器３で加算して補正された速度指令を求め、制御対象５のサーボモータを駆動する。なお、符号６は、制御対象に設けられた速度検出器からの速度フィードバックを積分して位置を求める項である。
【００１４】
図２は、本発明の第２の実施形態におけるサーボモータの駆動制御装置の要部ブロック図である。この第２の実施形態と第１の実施形態との差異は、位置指令の極性が反転することを検出し速度オフセット手段４に補正開始指令を出力する位置指令の反転検出手段７が設けられている点である。そして、この第２の実施形態では、位置指令の反転検出手段７から出力される補正開始指令から所定時間だけ、予め設定されている速度補正データに基づく補正量を速度指令に加算して補正された速度指令として制御対象５のサーボモータを駆動制御するものである。
【００１５】
図３、図４は、速度オフセット手段４に格納される速度補正データを作成するときのブロック図である。
図３に示す補正データ作成方法は、位置ループ制御系に学習コントローラ１０を追加し、学習制御を行って得られる速度指令を速度オフセット手段４に設定する速度補正データとするものである。すなわち、数値制御装置等の上位制御装置から指令される位置指令から、制御対象５であるサーボモータ、もしくは該サーボモータで駆動させる可動部の実際位置の位置フィードバックを減算器１で減算し、位置偏差を求める。又、学習コントローラ１０はこの位置偏差を格納すると共に、繰り返し指令される周期１周期前の位置偏差に基づいて補正量を求め、位置偏差に加算器１１で加算し、補正した位置偏差を求め、この位置偏差にポジションゲインＫｐ（要素２）を乗じて速度指令を求め制御対象５を駆動制御する。
【００１６】
学習コントローラ１０はすでに周知慣用のものであり、同一形状を加工するために繰り返し指令される同一パターンの位置指令の１パターン周期間に所定周期毎求められる位置偏差に相当するデータを記憶する記憶部を備え、当該周期で求められた位置偏差と１パターン周期前の位置偏差に基づいて記憶したデータとを加算し、フィルタ処理した後当該周期のデータとして記憶する。また、１パターン周期前の記憶データを動特性補償処理して出力し位置偏差に加算するものである。この学習制御を繰り返すことによって、位置偏差が零に収束することが知られている。
【００１７】
この学習制御を行いながら（象限突起が発生するような所定区間を加工するために）繰り返し指令される（所定区間の）パターンを複数回繰り返し実行すると、位置偏差は零に収束する。こうして位置偏差が零に収束した段階で、この学習コントローラ１０により位置偏差が補正され、この補正された位置偏差にポジションゲインＫｐが乗じられて求められた速度指令を速度オフセット手段４の速度補正データとして取得する。この速度補正データは、高い精度を得るための速度指令とみなすことができる。この速度補正データを速度指令に加算して補正することは、フィードフォワードを適用することと同じ効果が得られる。
【００１８】
フィードフォワードは位置指令の微分値を速度指令に加算することで、ポジションゲインによる位置制御の遅れを補償し、位置偏差量を零に近づけることができるものであるが、位置指令の微分値は速度制御が十分な追従特性を持っている場合に限り、理想的な速度指令となり、制御対象に働くバックラッシの影響が強い場合には、方向反転時に付加トルクが急激に変化するために十分な速度追従性が得られず、位置偏差（象限突起）が発生する。
【００１９】
学習制御を適用した場合には速度制御が十分な追従特性を持っている場合だけでなく、象限突起も十分に抑える効果を持っており、学習制御を適用して出力される速度指令は、従来のフィードフォワード制御を越えた実用上の理想的な速度指令とみなすことができる。図３に示した方法により、取得した速度補正データは、この理想的な速度指令（補正データ）に等しく、この取得した速度補正データを学習制御と同じタイミングで速度指令を補正すれば、高い形状精度の加工ができる。
【００２０】
図４は、もう１つの補正データ取得方法のブロック図である。この図４に示す例も学習コントローラ１０を用い、繰り返し指令される同一パターンの位置指令に対して学習コントローラ１０による学習制御を適用することによって所定パターンの位置指令の処理を複数回繰り返し実行する点までは、図３と同一であるが、この学習コントローラ１０を用いて位置偏差が零に収束した段階で、位置偏差を学習制御による補正量で補正した位置偏差にポジションゲインＫｐを乗じて得られた速度指令から、位置指令を微分（要素１３）して得られた指令速度を減算器１２で減算し、得られた速度差を速度オフセット手段４の速度補正データとして取得する。
【００２１】
この図４に示す方法は、学習制御で得られた速度指令からフィードフォワード制御による制御量に相当する位置指令の微分値を減算している。これは、学習制御で得られた速度指令から速度制御が追従しない外乱要素を補償している要素だけを取り出すものである。この取り出したデータのうち位置指令が反転した後のデータは、バックラッシの影響により発生する象限突起を補正するものと見なせるから、これを元にした速度補正量を作成し、適用することは、最適な象限突起補正を実現することになる。
【００２２】
以上のようにして得られた速度補正データをそのまま使用してもよいが、採取したままの補正データにはノイズが含まれており、これらノイズを除去して、第２の補正データを作成する方がよい。
図５は、このノイズを除去した第２の補正データ作成方法を示す図である。図５において、符号２０は、学習制御を適用し位置偏差が零に収束した状態で移動方向が変わる領域における採取した速度補正データである。この符号２０で示す例は、図４に示した指令速度と実際の速度指令との差より求めた速度補正データの例を示している。この採取補正データの図において、横軸は時間、縦軸は速度補正データの大きさで、左上から右下の斜め直線は速度指令を意味する。この補正データにはノイズが含まれ、移動方向が反転したとき、大きな速度差が生じていることがわかる。この採取した補正データをフィルタ２１にかけてノイズ成分を除去し、符号２２に示すような第２の速度補正データを得る。
【００２３】
又、図６に示すように、採取補正データ２０を解析し、符号２３に示すように、直線近似した第２の速度補正データ２３を得るようにしてもよい。
なお、図１に示した実施形態では、移動指令の繰り返されるパターンの１パターン周期分を速度補正データとするものであるから、採取した速度補正データをそのまま設定する速度補正データとするか、もしくは前述したようにして、移動指令が反転する区間を解析したデータとし、他の区間は採取データもしくは「０」として第２の速度補正データとして、速度オフセット手段４に設定する。又、図２に示した実施形態では、位置指令が反転した所定区間だけ速度補正データを補正するものであるから、位置指令が反転した後の所定区間を速度補正データとして選択する。又、上述したように、位置指令の反転から所定区間の速度補正データを解析して得られた第２の速度補正データを速度オフセット手段４に格納する速度補正データとする。
【００２４】
このような第２の補正データ２２，２３を得る場合には、図７に示すように、上位制御装置３０や外部のコンピュータ３１を利用して解析する。図７に示す例では、図４に示した方法によって得られた採取補正データを数値制御装置等の上位制御装置３０に転送し、さらに、この上位制御装置３０からコンピュータ３１に転送し、該コンピュータ３１によって、フィルタ処理又は直線近似処理を行って、第２の補正データ２２，２３を作成する。直線近似処理を行った場合には図１１に示すように、直線近似の直線の始点、終点の補正量の大きさ（例えば、Ａ０，Ａ１，Ａ２）と該点の補正を開始からの時間（例えば、ｔ１，ｔ２，ｔ３）を補正データとする。又、直線近似しない場合は、図１０に示すように、補正データを最大の大きさ１、補正開始から終了までの時間を１とする正規化したデータとする。そして、その結果を上位制御装置３０に転送して、サーボモータ駆動制御装置に送り速度オフセット手段４にセットするようにすればよい。なお、上位制御装置３０によってこの第２の補正データを作成するようにしてもよい。
【００２５】
上述した実施形態では、速度オフセット手段４による補正データの作成を、学習制御を行って得られた速度指令等から求めるようにしたが、移動方向反転時の摩擦モデルを作成し、この摩擦モデルから補正データを得るようにしてもよい。図８は、この場合の一例で、横軸を時間、縦軸を摩擦力とした、移動方向反転時の摩擦モデル３２を作成し、このモデル３２に速度指令からトルク指令までのオープンループ伝達関数の逆関数３３を乗じて速度補正データ２４を得るようにする。すなわち、速度指令に基づいて速度ループ制御処理等を行う速度コントローラを設けてトルク指令を求めるものであれば（例えば、後述する図１５に示すように、位置ループ、速度ループ制御処理を行うサーボモータ駆動制御装置において、位置ループから出力される速度指令より速度ループ処理を行う速度コントローラによりトルク指令を求めるもの）、この速度コントローラの伝達関数Ｃｖ（Ｓ）の逆関数Ｃｖ（Ｓ）^−１を乗じて、速度補正データ２４を得る。
【００２６】
又、速度コントローラの逆関数を用いて摩擦モデルより速度補正データを求めたとき、高周波成分を含むことから、急激に変化する補正量を速度指令に加算するおそれがあることから、図９に示すように、フィルタ３４によって高周波成分を取り除き速度制御が追従できる程度の補正データ２５としてもよい。この場合、フィルタ処理することによって、時間遅れが発生する。例えば、フィルタ３４の伝達関数が１／（ＴＳ＋１）で表される１次のフィルタの場合、立ち上がりの時間Ｔを遅れ時間とみなすか、又は、設定フィルタの入力波形を周波数分析し、振幅が最も大きい周波数での位相遅れから時間遅れを計算する等の方法で遅れ時間を求める等により遅れ時間を推定する。又は、Ｍ次のＦＩＲフィルタの場合、Ｍ／２サンプリング時間程度遅れるため、これを遅れ時間とする。こうして求められた遅れ時間分だけ、時間を早めて、速度補正データを速度オフセット手段に設定するようにする。
【００２７】
また、この速度補正データを解析して図１１に示す直線近似した補正データ、又は図１０に示す正規化した補正データとする。この速度補正データは、上位制御装置３０や外部のコンピュータで作成し、サーボモータ駆動制御装置に送り速度オフセット手段４にセットするようにすればよい。
【００２８】
図１２は、上述したような補正データを用いて、サーボモータ駆動制御装置のプロセッサが実施する、図１に示す速度補正処理のフローチャートである。
サーボモータ駆動制御装置のプロセッサは位置ループ処理周期毎、図１２に示す処理を実行する。
まず、数値制御装置等の上位制御装置から指令される位置指令と位置フィードバックにより位置偏差を求め、該位置偏差にポジションゲインＫｐを乗じて速度指令Ｖｃを求める（ステップ１００）。次に、フラグＦが「１」にセットされ、速度指令の補正を行っている期間かを判断し（ステップ１０１）、フラグＦが「１」にセットされていなければ、補正データ読み込み指令が入力されているか判別し（ステップ１０２）、補正データ読み込み指令が入力されていなければ、ステップ１０９に移行して、ステップ１００で求めた速度指令Ｖｃを次の速度ループ制御処理へ引き渡す。
【００２９】
又、補正データ読み込み指令が入力されていると、カウンタＣをクリアし、フラグＦを「１」にセットする（ステップ１０３）。そして、カウンタＣを「１」インクリメントし（ステップ１０４）、速度補正データを記憶する記憶部（速度オフセット手段）からカウンタＣの値に対応する速度補正データを読み出し、これを補正量Ａとし、ステップ１００で求めた速度指令Ｖｃにこの補正量Ａを加算し補正された速度指令Ｖｃとする（ステップ１０５，１０６）。次に、カウンタの値が速度指令を補正する区間に対応する設定された値Ｃ０に達したか判断し（ステップ１０７）、達してなければ、ステップ１０９に移行して、この補正された速度指令Ｖｃを出力する。
【００３０】
次の周期からは、フラグＦが「１」にセットされているから、ステップ１００で位置ループ処理して速度指令Ｖｃを求めた後、ステップ１０１からステップ１０４に移行して、ステップ１０４〜１０９の処理を行う。かくして、位置ループ処理で求められた速度指令Ｖｃは、速度オフセット手段に格納されている速度補正データにより補正されて、次の速度ループ処理等における速度指令とされる。
【００３１】
上述した速度指令の補正処理を位置ループ処理周期毎行い、カウンタＣの値が設定されたＣ０に達すると（ステップ１０７）、フラグＦを「０」にリセットし、ステップ１０９に移行する。次の周期からは、フラグＦが「１」にセットされていないから、補正データ読み込み指令が再び入力されない限りステップ１００，１０１，１０２，１０９の処理を繰り返し実行することになる。
【００３２】
以上の通り、この実施形態では、補正データ読み込み指令が入力されてから所定区間速度補正データに基づいて速度指令が補正されることになり、これによって、象限突起等を減少させ、加工精度の高い加工を行うことができる。
【００３３】
図１３は、図２に示す方法によりサーボモータ駆動制御装置のプロセッサが位置ループ処理周期毎に実行する本発明に関係する部分の処理のフローチャートである。なお、この図１３に示す例では、速度補正データとして、図１０に示したような移動方向が反転する区間の直線近似されていない正規化された補正データを用いるものとしている。
【００３４】
まず、位置ループ処理して速度指令Ｖｃを求める（ステップ２００）。すなわち、位置指令と位置フィードバックにより位置偏差を求め、該位置偏差にポジションゲインを乗じて速度指令Ｖｃを求める。次に、フラグＦが「１」にセットされ、速度指令の補正を行っている期間かを判断し（ステップ２０１）、フラグＦが「１」にセットされていなければ、上位制御装置（数値制御装置等）からの位置指令の符号が反転（移動方向の反転）したか判断し（ステップ２０２）、反転していなければ、ステップ２１１に移行し、ステップ２００の位置ループ処理によって得られた速度指令Ｖｃを次の処理（速度ループ処理等）へ引き渡す。
【００３５】
一方、ステップ２０２で上位制御装置からの位置指令の符号が反転したと判断されたとき、すなわち加工位置の象限が変わるとき、ステップ２００の位置ループ処理で求めた速度指令が設定速度Ｖ０より小さくなっているか判断し（ステップ２０４）、小さくなっていなければ、ステップ２１０に移行する。小さくなっていれば、フラグＦを「１」にセットし（ステップ２０５）、カウンタＣをリセットする（ステップ２０６）。
【００３６】
そして、カウンタＣを「１」インクリメントし（ステップ２０７）、カウンタＣの値に対応する速度補正データの値に比例係数Ａ０を乗じて補正量Ａを求め、この補正量Ａをステップ２００で求めた速度指令Ｖｃに加算して補正された新たな速度指令とする（ステップ２０８）。
【００３７】
次に、カウンタＣの値が補正期間に対応する設定された値Ｃ０（補正期間の位置ループ処理周期の数）以上か判断し（ステップ２０９）、この値Ｃ０に達していなければ、ステップ２１１に移行して、ステップ２０８で補正された速度指令Ｖｃを出力する。
【００３８】
次の周期からは、フラグＦが「１」にセットされているから、ステップ２０１からステップ２０７に移行し、補正量Ａを求め、該補正量Ａを位置ループ処理で求めた速度指令に加算して補正された速度指令を出力するステップ２００，２０１，２０７，２０８，２０９，２１１の処理を繰り返し実行し、補正データに基づく補正量が位置ループ処理で求めた速度指令に加算されて補正されて速度指令とされる。そしてカウンタＣの値が設定値Ｃ０以上となるとステップ２０９からステップ２１０に移行し、フラグＦを「０」にリセットし、ステップ２１１でステップ２０８で補正された速度指令を出力する。
【００３９】
以後の処理周期では、フラグＦが「０」にリセットされているから、ステップ２０１からステップ２０２に移行し、前述した処理を行うことになる。このようにして、位置指令の符号が反転し、移動方向指令が反転した後、さらに速度指令が所定値より小さくなった後、所定区間だけ速度補正データに基づく速度指令の補正を行って、象限が変わるときに発生する突起を減少させるようにした。
【００４０】
上述した図１３に示す処理は、補正データとして、図１０に示すようなデータがサーボモータ駆動制御装置のメモリ（速度オフセット手段）内に格納されている場合であるが、図１１に示すような直線近似したデータが速度オフセット手段としてのメモリに格納されている場合においては、図１４に示す処理がなされる。
【００４１】
この処理はステップ３００〜３０５までの処理は、ステップ２００〜２０５の処理と同一である。そして、ステップ２０６〜２１１の処理がステップ３０６〜３１５の処理に変わっている点で相違するものである。
すなわち、位置指令の符号が反転し、速度指令Ｖｃが所定値Ｖ０より小さくなるまでは、各位置ループ処理周期毎、ステップ３００〜３０４、３１５の処理がなされ、通常の位置ループ処理（ステップ３００）によって求められた速度指令Ｖｃが出力される。一方、位置指令の符号が反転し、速度指令Ｖｃが所定値Ｖ０より小さくなり加工の象限が変わる位置となると、タイマｔをリセットしスタートさせた後（ステップ３０６）、サーボモータ駆動制御装置のプロセッサは、タイマｔの計時時間が速度補正データとして記憶する最初の記憶時間ｔ１以下か判断し（ステップ３０７）、以下ならば、該記憶時間ｔ１に対応して記憶する補正量の大きさＡ０に（ｔ／ｔ１）を乗じて補正量Ａを求め、該補正量Ａをステップ３００で求めた速度指令Ｖｃに加算して補正された速度指令を求める（ステップ３０８）。
【００４２】
また、タイマｔの計時時間が速度補正データとして記憶する第１と第２の記憶時間ｔ１、ｔ２の間であれば、すなわちｔ１＜ｔ≦ｔ２であれば（ステップ３０９）、第１と第２の記憶時間ｔ１、ｔ２に対応して記憶する補正量の大きさＡ０，Ａ１に基づいて、次式により内挿補間して補正量Ａを求める。
Ａ＝Ａ０＋（Ａ１−Ａ０）×（ｔ−ｔ１）／（ｔ２−ｔ１）
こうして求められた補正量Ａをステップ３００で求めた速度指令Ｖｃに加算して補正された速度指令を求める（ステップ３１０）。
【００４３】
又、タイマｔの計時時間が速度補正データとして記憶する第２と第３の記憶時間ｔ２、ｔ３の間であれば、すなわちｔ２＜ｔ≦ｔ３であれば（ステップ３１１）、第２と第３の記憶時間ｔ２、ｔ３に対応して記憶する補正量の大きさＡ１，Ａ２に基づいて、次式により内挿補間して補正量Ａを求める。
Ａ＝Ａ１＋（Ａ２−Ａ１）×（ｔ−ｔ２）／（ｔ３−ｔ２）
こうして求められた補正量Ａをステップ３００で求めた速度指令Ｖｃに加算して補正された速度指令を求める（ステップ３１２）。
【００４４】
こうして求められた速度指令はステップ３１５で、次の処理（速度ループ処理、電流ループ処理等）に引き渡される。
又、タイマｔの計時時間が補正期間のｔ３をこえると（ステップ３１３）、フラグＦを「０」にセットして（ステップ３１４）、ステップ３１５に移行する。
【００４５】
以上のようにして、加工位置の象限が変わるとき、補正データに基づく補正が速度指令になされて象限突起の発生を防止する。
【００４６】
上述した各実施形態では、速度指令を補正することによって、象限突起の発生を防止したが、トルク指令を補正することによっても同様に象限突起の発生を防止することができる。
【００４７】
図１５は、このトルク指令を補正することによって象限突起の発生を防止した第３の実施形態のサーボモータ制御系のブロック図である。この第３の実施形態と図１の実施形態と相違する点は、この図１５に示す実施形態には速度コントローラ１４が加わっていることと、該速度コントローラ１４から出力されるトルク指令にトルクオフセット手段１５からトルク補正量が加算され制御対象５に出力される点である。
【００４８】
すなわち、上位制御装置から指令される位置指令から、制御対象５であるサーボモータもしくは、該サーボモータで駆動させるテーブル等の可動部の実位置の位置フィードバックを減算器１で減算し、位置偏差を求め、該位置偏差にポジションゲインＫｐ（要素２）を乗じて速度指令を求め、該速度指令から速度フィードバックを減算器１６で減算して速度偏差を求め、速度コントローラ１４でＰＩ（比例積分）制御等を行ってトルク指令を求め、該トルク指令にトルクオフセット手段１５に予め設定されているトルク補正データから求められるトルク補正量を加算器１７で加算して補正されたトルク指令を求め、制御対象５のサーボモータを駆動する。これによって、象限突起の発生を防止する。
【００４９】
又、図１６は第４の実施形態のブロック図で、図１５に示した第３の実施形態と相違する点は、位置指令の極性が反転することを検出しトルクオフセット手段１５に補正開始指令を出力する位置指令の反転検出手段７が設けられている点である。そして、この実施形態では、位置指令の反転検出手段７から出力される補正開始指令から所定時間だけ、予め設定されているトルク補正データに基づくトルク補正量をトルク指令に加算して補正されたトルク指令として制御対象のサーボモータを駆動制御するものである。
【００５０】
図１７は、このトルク指令を補正するトルク補正データの作成方法を示すブロック図である。この方法は、図４に示す速度の補正量を求めるときの方法と比較し、速度制御コントローラ１４が加わった点と、位置指令を微分する要素１３の代わりに位置指令を２階微分して加速度を求める要素１８に変わった点である。学習コントローラ１０は、図３，図４に示す実施形態で説明したものと同様で、同一パターンの位置指令の１パターン周期間における所定周期毎求められる位置偏差に相当するデータを記憶する記憶部を備え、当該周期で求められた位置偏差と１パターン周期前の位置偏差に基づいて記憶したデータとを加算し、フィルタ処理した後当該周期のデータとして記憶する。また、１パターン周期前の記憶データを動特性補償処理して出力し位置偏差に加算するものである。
【００５１】
上位制御装置から指令される位置指令から、制御対象５からの位置フィードバックを減算器１で減算し、位置偏差を求める。又、学習コントローラ１０はこの位置偏差を格納すると共に、繰り返し指令される周期１周期前の位置偏差に基づいて補正量を求め位置偏差に加算器１１で加算し、補正した位置偏差を求めこの位置偏差にポジションゲインＫｐ（要素２）を乗じて速度指令を求め、該速度指令から速度フィードバック量を減算器１６で減算して速度偏差を求め、該速度偏差に基づき速度コントローラ１４が速度ループ処理を行いトルク指令（加速度指令）を求めて制御対象５を駆動制御する。
【００５２】
この学習制御を行いながら（象限突起が発生するような所定区間を加工するために）繰り返し指令される（所定区間の）パターンを複数回繰り返し実行すると、位置偏差は零に収束する。こうして位置偏差が零に収束した段階で、この学習コントローラ１０により位置偏差が補正され、この補正された位置偏差にポジションゲインＫｐが乗じられて求められた速度指令と速度フィードバックにより速度制御コントローラ１４によって速度ループ制御処理がなされトルク指令から、位置指令を２階微分（要素１８）した指令加速度を減算器１９で減じてその差を求め、これをトルクオフセット手段にセットするトルク補正データとする。なお、この場合も前述した第１、第２の実施形態と同様に、トルク指令と指令加速度との差から求められたトルク補正データをフィルタ処理してノズルを除去して第２のトルク補正データとしても、又、直線近似して第２のトルク補正データとしてもよい。
【００５３】
こうして求めたトルク補正データを規格化、又は直線近似して速度補正データと同様な形式とする。
こうして求めたトルク補正データをトルクオフセット手段１５に格納し、トルク指令に対して補正することによって象限突起発生を防止する。
【００５４】
このトルク指令を補正することによって、象限突起の発生を防止する実施形態における、サーボモータ駆動制御装置の位置、速度ループ処理周期毎の処理は、図１２、図１３、図１４に示したフローチャートとほぼ同一であり、相違する点は、ステップ１００，２００，３００において、従来と同様に、位置ループ処理して速度指令を求め、さらに該速度指令と速度フィードバックに基づいて速度ループ処理を行いトルク指令を求める点と、ステップ１０５、２０８，３０８，３１０，３１２で求める補正量Ａがトルク補正データに基づいて求められ、ステップ１００，２００，３００で求めたトルク指令に加算される点、及び、ステップ１０９，２１１、３１５が速度指令の出力ではなくトルク指令の出力に代わるだけである。他は、図１２，図１３，１４に示すフローチャートの処理と同様であるので、詳細は省略する。
【００５５】
図１８は、本発明の効果を検証するために行った実験結果を表す図である。図１８において、（ａ）は象限突起を減少させるための補正を行わずに円弧加工したときの図である。（ｂ）は従来から行われている象限突起を減少させるための補正を行って同一円弧形状を加工したときの図である。（ｃ）は学習制御を行って同一円弧形状を加工したときの図である。（ｄ）は本発明の第１の実施形態により同一円弧形状を加工したときの図である。（ｅ）は本発明の第２の実施形態により同一円弧形状を加工したときの図である。なお、図１８（ａ）〜（ｅ）において、メモリは、円弧の加工部分において誤差表示を２μｍ単位で表したものである。又、円で囲んだ部分は象限が変わる点における誤差を拡大表示したものであり、拡大縮尺は（ａ）〜（ｅ）において同じである。
【００５６】
この図１８の実験結果、象限突起補正がない場合（ａ）が、象限が変わると加工面に生じる突起（指令値に対する誤差）が最も大きい。又、従来から行われている象限突起補正による方法を適用したとき（ｂ）が、次に象限突起が大きくなっている。学習制御を適用したときには（ｃ）、象限突起は小さくなっている。さらに、本発明を適用した（ｄ）、（ｅ）では象限突起の発生はほとんどなく、象限が変化しないときの加工精度と格別差異がない程度となっている。
【００５７】
【発明の効果】
本発明は、加工精度を向上させ、円弧加工等において象限が変わるときに生じ易い象限突起の発生を防止して、該象限突起を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるサーボモータの駆動制御装置の要部ブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態におけるサーボモータの駆動制御装置の要部ブロック図である。
【図３】学習制御により各実施形態における速度補正データを作成するときのブロック図である。
【図４】学習制御により各実施形態における速度補正データを作成する別の方法のブロック図である。
【図５】学習制御によって得られた速度補正データからノイズを除去して第２の速度補正データを得るときの説明図である。
【図６】学習制御によって得られた速度補正データを直線近似して第２の速度補正データを得るときの説明図である。
【図７】採取した速度補正データを解析して最終的な速度補正データを得るためのブロック図である。
【図８】摩擦モデルより速度補正データを作成するブロック図である。
【図９】摩擦モデルよりノイズを除去した速度補正データを作成するブロック図である。
【図１０】正規化した速度補正データの説明図である。
【図１１】直線近似した速度補正データの説明図である。
【図１２】第１の実施形態における速度補正の処理フローチャートである。
【図１３】第２の実施形態における速度補正の処理フローチャートである。
【図１４】第２の実施形態における別の速度補正の処理フローチャートである。
【図１５】トルク指令を補正することによって象限突起の発生等を防止した第３の実施形態におけるサーボモータ制御系のブロック図である。
【図１６】トルク指令を補正することによって象限突起の発生を防止した第４の実施形態におけるサーボモータ制御系のブロック図である。
【図１７】第３、第４の実施形態におけるトルク補正データの作成方法の説明図である。
【図１８】本発明の効果を確認するために行った実験結果を示す図である。
【符号の説明】
１減算器
２位置ループのポジションゲインの要素
３加算器
４速度オフセット手段
５制御対象
６積分要素
７位置指令反転検出手段
１０学習コントローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a drive control device for a servo motor that drives a feed shaft such as a table of a machine tool. When machining a workpiece attached to a table, the present invention relates to a processing surface when the direction of movement of the feed shaft is reversed. The present invention relates to a drive control device for a servo motor that reduces the number of protrusions generated.
[0002]
[Prior art]
In a machine tool or the like, when the drive direction of a servo motor that drives a feed shaft for moving the table is reversed, the table cannot usually be reversed immediately due to backlash or friction of the feed screw shaft. Therefore, when arc cutting or the like is performed on the workpiece attached to the table, a projection is generated on the arc cutting surface when the driving direction is reversed.
[0003]
For example, when arc cutting is performed on a workpiece attached to a table that moves on a plane orthogonal to the X and Y axes, the X axis moves in the plus direction and the Y axis moves in the minus direction. The quadrant changes during arc cutting (note that the center of the arc is the origin of the coordinate system), the Y axis moves in the minus direction as it is, but the X axis moves in the minus direction and moves in the minus direction. To do. In this case, the Y-axis is driven at the driving speed up to that point, and cutting is performed. However, when the direction of the X-axis is reversed, the position deviation becomes “0” and the torque command becomes small. It cannot be reversed. Further, due to the backlash of the feed screw, the movement of the table in the X-axis direction is delayed by this backlash. As a result, when this quadrant changes, a projection is generated on the cutting surface. Hereinafter, this protrusion is referred to as a quadrant protrusion.
[0004]
Various correction methods have been proposed as a method for reducing this quadrant protrusion (for example, Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-7-110717
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, these proposed methods adjust the magnitude of the correction amount added to reduce quadrant protrusions while confirming the effect of this correction, and this adjustment requires a lot of time. I was trying.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a servo motor drive control device which can easily perform correction for reducing the quadrant protrusion.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 of the present application outputs a speed command every predetermined cycle based on the deviation between the position command sent from the host controller or the host controller at a predetermined sampling cycle and the position feedback from the position detector. In a control device for driving and controlling a motor, a predetermined section of a driven part driven by the servo motor is repeatedly driven to obtain a position deviation over a predetermined period, and learning control is performed based on the position deviation, and the learning is performed. Obtained by control speed Find correction data based on the command, Analyzing the correction data, creating second correction data approximated by a function, For a predetermined time speed Command The second Machining accuracy is improved by controlling the servo motor while correcting the correction data. In the invention according to claim 2, the speed command correction data is a speed command obtained by learning control.
In the invention according to claim 3, the correction data is obtained by subtracting a differential value obtained by differentiating the position command from a speed command obtained by learning control.
[0009]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided means for detecting the inversion of the position command over a predetermined time from the time of reversing the position command. The speed command is corrected by obtaining the correction amount from the correction data. . The And claims 5 According to the invention, a computer is connected to the servo motor drive control device, and the speed command is transmitted by the computer. The first 2 correction data was created.
[0010]
Claim 6 According to the invention, a speed command is output at every predetermined cycle based on a deviation between a position command sent from the host controller or the host control unit at a predetermined sampling cycle and a position feedback from the position detector. In a control device that drives and controls a servo motor by outputting a torque command at a predetermined cycle based on a deviation from a speed feedback from a detector, a predetermined section of a driven part driven by the servo motor is repeatedly driven. The position deviation over a predetermined period is obtained, learning control is performed based on the position deviation, correction data is obtained based on the torque command obtained by the learning control, Analyzing the correction data, creating second correction data approximated by a function, The torque command for a predetermined time. The second The servo motor is driven and controlled while correcting with correction data. Claim 7 In the invention according to the above, the correction data is obtained by subtracting a differential value obtained by second-order differentiation of the position command from the torque command obtained by the learning control.
[0011]
Claim 8 The invention according to claim 5 includes means for detecting the reversal of the position command after the reversal of the position command, and correcting the torque command for a predetermined time after the reversal of the position command. Correction based on data . Ma Claim 9 According to the invention, a computer is connected to the drive control device of the servo motor, and the torque command is executed by the computer. The first 2 correction data was created.
[0012]
Claim 10 According to the invention, instead of obtaining the correction data by learning control, a means for detecting the reversal of the position command is provided, and a model of friction acting on a control target of the control device is generated from the speed command to generate the torque command. The output when the input to the inverse function of the open loop transfer function up to is the correction data of the speed command in a predetermined time from the reversal of the position command. And claims 11 According to the invention, a filter is applied to the output of the inverse function, and the output of the filter is used as correction data for the speed command. And claims 12 In the invention according to the present invention, the correction data subjected to the filter processing is corrected data by correcting the delay due to the filter by increasing the delay time of the filter.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a principal block diagram of a drive control apparatus for a servo motor according to a first embodiment of the present invention.
From a position command commanded by a host controller such as a numerical controller or a host controller, a position feedback of the actual position of a servo motor that is the control target 5 or a movable part such as a table driven by the servo motor is subtracter 1. To obtain the position deviation. A speed command is obtained by multiplying the position deviation by a position gain Kp (element 2), and a correction amount obtained from correction data preset in the speed offset means 4 is added to the speed command by the adder 3 to be corrected. A speed command is obtained and the servo motor of the controlled object 5 is driven. Reference numeral 6 is a term for obtaining a position by integrating speed feedback from a speed detector provided on the control target.
[0014]
FIG. 2 is a principal block diagram of a drive control apparatus for a servo motor according to the second embodiment of the present invention. The difference between the second embodiment and the first embodiment is that a position command reversal detecting means 7 for detecting that the polarity of the position command is reversed and outputting a correction start command to the speed offset means 4 is provided. It is a point. In the second embodiment, a correction amount based on speed correction data set in advance is added to the speed command for a predetermined time from the correction start command output from the position command inversion detection means 7 to be corrected. As a speed command, the servo motor of the controlled object 5 is driven and controlled.
[0015]
3 and 4 are block diagrams when the speed correction data stored in the speed offset means 4 is created.
The correction data creation method shown in FIG. 3 adds speed learning data to the speed offset means 4 by adding the learning controller 10 to the position loop control system and performing learning control. That is, the position feedback of the actual position of the servo motor that is the control target 5 or the movable part that is driven by the servo motor is subtracted by the subtracter 1 from the position command that is commanded by the host controller such as a numerical controller. Find the deviation. In addition, the learning controller 10 stores the position deviation, obtains a correction amount based on the position deviation one cycle before the cycle that is repeatedly commanded, adds the position deviation with the adder 11, and obtains the corrected position deviation, The position deviation K is multiplied by a position gain Kp (element 2) to obtain a speed command, and the control target 5 is driven and controlled.
[0016]
The learning controller 10 is a well-known and commonly used storage unit that stores data corresponding to a positional deviation obtained every predetermined period during one pattern period of the position command of the same pattern repeatedly commanded to process the same shape. The position deviation obtained in the period and the data stored based on the position deviation of one pattern period before are added, filtered, and stored as data of the period. Further, the stored data before one pattern period is output after being subjected to dynamic characteristic compensation processing and added to the position deviation. It is known that the position deviation converges to zero by repeating this learning control.
[0017]
When this learning control is performed (to process a predetermined section in which quadrant protrusions are generated), when a repeatedly commanded pattern (in the predetermined section) is repeatedly executed a plurality of times, the position deviation converges to zero. When the position deviation converges to zero in this way, the position deviation is corrected by the learning controller 10, and the speed command obtained by multiplying the corrected position deviation by the position gain Kp is used as the speed correction data of the speed offset means 4. Get as. This speed correction data can be regarded as a speed command for obtaining high accuracy. Correcting this speed correction data by adding it to the speed command has the same effect as applying feedforward.
[0018]
Feed forward adds the position command differential value to the speed command to compensate for the position control delay caused by the position gain and bring the position deviation amount close to zero. Only when the control has sufficient follow-up characteristics, it becomes an ideal speed command, and when the influence of backlash acting on the control target is strong, the additional torque changes rapidly when the direction is reversed, so that sufficient speed follow-up is possible. Therefore, a positional deviation (quadrant projection) occurs.
[0019]
When learning control is applied, not only when speed control has sufficient tracking characteristics, it also has the effect of sufficiently suppressing quadrant projections, and the speed command output by applying learning control is the conventional It can be regarded as an ideal speed command in practical use beyond the feedforward control. By the method shown in FIG. 3, the acquired speed correction data is equal to the ideal speed command (correction data). If the acquired speed correction data is corrected at the same timing as the learning control, a high shape is obtained. Precision machining is possible.
[0020]
FIG. 4 is a block diagram of another correction data acquisition method. The example shown in FIG. 4 also uses the learning controller 10, and repeatedly executes the processing of the position command of the predetermined pattern by applying the learning control by the learning controller 10 to the position command of the same pattern that is repeatedly commanded. 3 is the same as that in FIG. 3, but is obtained by multiplying the position deviation obtained by correcting the position deviation with the correction amount by the learning control by the position gain Kp when the position deviation is converged to zero using the learning controller 10. The command speed obtained by differentiating the position command (element 13) from the speed command is subtracted by the subtractor 12, and the obtained speed difference is acquired as speed correction data of the speed offset means 4.
[0021]
In the method shown in FIG. 4, the differential value of the position command corresponding to the control amount by the feedforward control is subtracted from the speed command obtained by the learning control. This is to extract only elements that compensate for disturbance elements that the speed control does not follow from the speed command obtained by the learning control. Of the extracted data, the data after the position command is reversed can be regarded as correcting quadrant projections caused by the effect of backlash, so it is optimal to create and apply a speed correction amount based on this. Correct quadrant projection correction.
[0022]
The speed correction data obtained as described above may be used as it is, but the correction data as collected contains noise, and the second correction data is created by removing these noises. Better.
FIG. 5 is a diagram showing a second correction data creation method from which this noise has been removed. In FIG. 5, reference numeral 20 denotes speed correction data collected in a region where the moving direction changes in a state where the learning control is applied and the position deviation converges to zero. The example indicated by reference numeral 20 shows an example of speed correction data obtained from the difference between the command speed shown in FIG. 4 and the actual speed command. In this collection correction data diagram, the horizontal axis represents time, the vertical axis represents the speed correction data, and the diagonal line from the upper left to the lower right means the speed command. This correction data contains noise, and it can be seen that a large speed difference occurs when the moving direction is reversed. The collected correction data is applied to the filter 21 to remove noise components, and second speed correction data as indicated by reference numeral 22 is obtained.
[0023]
Further, as shown in FIG. 6, the sampling correction data 20 may be analyzed to obtain second speed correction data 23 that is linearly approximated as indicated by reference numeral 23.
In the embodiment shown in FIG. 1, since one pattern period of the pattern in which the movement command is repeated is used as the speed correction data, the collected speed correction data is used as the speed correction data to be set as it is, or As described above, the section in which the movement command is reversed is set as the analyzed data, and the other section is set in the speed offset means 4 as the collection speed or “0” as the second speed correction data. In the embodiment shown in FIG. 2, the speed correction data is corrected only for a predetermined section in which the position command is inverted. Therefore, the predetermined section after the position command is inverted is selected as the speed correction data. Further, as described above, the second speed correction data obtained by analyzing the speed correction data in a predetermined section from the reversal of the position command is used as the speed correction data stored in the speed offset means 4.
[0024]
When such second correction data 22 and 23 are obtained, they are analyzed using the host controller 30 or an external computer 31, as shown in FIG. In the example shown in FIG. 7, the collection correction data obtained by the method shown in FIG. 4 is transferred to the host controller 30 such as a numerical controller, and further transferred from the host controller 30 to the computer 31. The second correction data 22 and 23 are created by performing filter processing or linear approximation processing by 31. When the straight line approximation process is performed, as shown in FIG. 11, the magnitude of the correction amount (for example, A0, A1, A2) at the start point and end point of the straight line of the straight line approximation and the time from the start of the correction of the point ( For example, let t1, t2, t3) be correction data. Further, when the linear approximation is not performed, as shown in FIG. 10, the correction data is normalized data having a maximum size of 1 and a time from the start of correction to the end of 1. Then, the result may be transferred to the host controller 30 and set in the feed speed offset means 4 in the servo motor drive controller. The second correction data may be created by the host control device 30.
[0025]
In the embodiment described above, the correction data by the speed offset unit 4 is created from the speed command obtained by performing the learning control. However, a friction model at the time of reversing the moving direction is created, and this friction model is used. Correction data may be obtained. FIG. 8 shows an example of this case. A friction model 32 at the time of reversal of the moving direction is created with time on the horizontal axis and friction force on the vertical axis. An open loop transfer function from speed command to torque command is created in this model 32. The speed correction data 24 is obtained by multiplying by the inverse function 33 of. That is, if a speed controller that performs speed loop control processing or the like based on the speed command is provided to obtain a torque command (for example, a servo motor that performs position loop and speed loop control processing as shown in FIG. In the drive control device, a torque command is obtained by a speed controller that performs speed loop processing from a speed command output from the position loop), and an inverse function Cv (S) of the transfer function Cv (S) of this speed controller. ^-1 To obtain the speed correction data 24.
[0026]
Further, when the speed correction data is obtained from the friction model using the inverse function of the speed controller, since it includes a high frequency component, there is a possibility that a rapidly changing correction amount may be added to the speed command. As described above, the correction data 25 may be set to such a degree that the high-frequency component can be removed by the filter 34 and the speed control can be followed. In this case, a time delay occurs due to the filtering process. For example, in the case of a first-order filter in which the transfer function of the filter 34 is represented by 1 / (TS + 1), the rising time T is regarded as a delay time, or the input waveform of the setting filter is subjected to frequency analysis, and the amplitude is the largest. The delay time is estimated by obtaining the delay time by a method such as calculating the time delay from the phase delay at a large frequency. Alternatively, in the case of an Mth-order FIR filter, since it is delayed by about M / 2 sampling time, this is set as the delay time. The speed correction data is set in the speed offset means by advancing the time by the delay time thus obtained.
[0027]
Further, the speed correction data is analyzed to obtain correction data approximated by a straight line shown in FIG. 11 or normalized correction data shown in FIG. This speed correction data may be created by the host control device 30 or an external computer and set in the feed speed offset means 4 in the servo motor drive control device.
[0028]
FIG. 12 is a flowchart of the speed correction process shown in FIG. 1 performed by the processor of the servo motor drive control device using the correction data as described above.
The processor of the servo motor drive control device executes the processing shown in FIG. 12 for each position loop processing cycle.
First, a position deviation is obtained by a position command and position feedback commanded from a host controller such as a numerical controller, and a speed command Vc is obtained by multiplying the position deviation by a position gain Kp (step 100). Next, it is determined whether the flag F is set to “1” and the speed command is being corrected (step 101). If the flag F is not set to “1”, a correction data read command is input. If the correction data read command is not input, the process proceeds to step 109, and the speed command Vc obtained in step 100 is delivered to the next speed loop control process.
[0029]
If a correction data read command is input, the counter C is cleared and the flag F is set to “1” (step 103). Then, the counter C is incremented by “1” (step 104), the speed correction data corresponding to the value of the counter C is read from the storage unit (speed offset means) that stores the speed correction data, and this is set as the correction amount A. The correction amount A is added to the speed command Vc obtained at 100 to obtain a corrected speed command Vc (steps 105 and 106). Next, it is determined whether or not the value of the counter has reached a set value C0 corresponding to the section for correcting the speed command (step 107). If not, the process proceeds to step 109, where the corrected speed command is corrected. Vc is output.
[0030]
From the next cycle, since the flag F is set to “1”, the position loop process is performed in step 100 to obtain the speed command Vc, and then the process proceeds from step 101 to step 104 to perform steps 104 to 109. Process. Thus, the speed command Vc obtained by the position loop process is corrected by the speed correction data stored in the speed offset means and used as a speed command in the next speed loop process or the like.
[0031]
The speed command correction process described above is performed for each position loop processing cycle. When the value of the counter C reaches the set value C0 (step 107), the flag F is reset to “0” and the process proceeds to step 109. From the next cycle, since the flag F is not set to “1”, the processing of steps 100, 101, 102, and 109 is repeatedly executed unless the correction data read command is input again.
[0032]
As described above, in this embodiment, the speed command is corrected based on the predetermined section speed correction data after the correction data read command is input, thereby reducing quadrant protrusions and the like, and high processing accuracy. Processing can be performed.
[0033]
FIG. 13 is a flowchart of the processing related to the present invention, which is executed by the processor of the servo motor drive control device for each position loop processing cycle by the method shown in FIG. In the example shown in FIG. 13, normalized correction data that is not linearly approximated in a section where the moving direction is reversed as shown in FIG. 10 is used as the speed correction data.
[0034]
First, a position loop process is performed to obtain a speed command Vc (step 200). That is, a position deviation is obtained by a position command and position feedback, and a speed command Vc is obtained by multiplying the position deviation by a position gain. Next, it is determined whether the flag F is set to “1” and the speed command is being corrected (step 201). If the flag F is not set to “1”, the host controller (numerical control) It is determined whether the sign of the position command from the apparatus or the like has been reversed (reversed in the moving direction) (step 202). If not reversed, the process proceeds to step 211, and the speed command obtained by the position loop processing in step 200 Vc is transferred to the next process (speed loop process or the like).
[0035]
On the other hand, when it is determined in step 202 that the sign of the position command from the host controller has been reversed, that is, when the quadrant of the machining position changes, the speed command obtained in the position loop process of step 200 becomes smaller than the set speed V0. (Step 204), and if not smaller, the process proceeds to step 210. If it is smaller, the flag F is set to “1” (step 205), and the counter C is reset (step 206).
[0036]
Then, the counter C is incremented by “1” (step 207), and the correction amount A is obtained by multiplying the value of the speed correction data corresponding to the value of the counter C by the proportional coefficient A0, and this correction amount A is obtained in step 200. A new speed command corrected by adding to the speed command Vc is set (step 208).
[0037]
Next, it is determined whether the value of the counter C is equal to or greater than a set value C0 (the number of position loop processing periods in the correction period) corresponding to the correction period (step 209). If this value C0 has not been reached, the process proceeds to step 211. Then, the speed command Vc corrected in step 208 is output.
[0038]
From the next cycle, since the flag F is set to “1”, the process proceeds from step 201 to step 207, where the correction amount A is obtained, and the correction amount A is added to the speed command obtained by the position loop process. Steps 200, 201, 207, 208, 209, and 211 for outputting the corrected speed command are repeatedly executed, and the correction amount based on the correction data is added to the speed command obtained by the position loop process to be corrected. Speed command. When the value of the counter C becomes equal to or larger than the set value C0, the process proceeds from step 209 to step 210, the flag F is reset to “0”, and the speed command corrected in step 208 is output in step 211.
[0039]
In the subsequent processing cycle, since the flag F is reset to “0”, the process proceeds from step 201 to step 202 and the above-described processing is performed. In this manner, after the sign of the position command is reversed and the moving direction command is reversed, and the speed command becomes smaller than a predetermined value, the speed command is corrected based on the speed correction data for a predetermined section, and the quadrant is obtained. Reduced the protrusions that occur when changes occur.
[0040]
The above-described process shown in FIG. 13 is a case where data as shown in FIG. 10 is stored as correction data in the memory (speed offset means) of the servo motor drive control device, but as shown in FIG. In the case where the data approximated by a straight line is stored in the memory as the speed offset means, the processing shown in FIG. 14 is performed.
[0041]
In this process, the processes in steps 300 to 305 are the same as the processes in steps 200 to 205. The difference is that the processing in steps 206 to 211 is changed to the processing in steps 306 to 315.
In other words, until the sign of the position command is reversed and the speed command Vc becomes smaller than the predetermined value V0, the processing of steps 300 to 304 and 315 is performed for each position loop processing cycle, and the normal position loop processing (step 300). The speed command Vc obtained by the above is output. On the other hand, when the sign of the position command is reversed and the speed command Vc becomes smaller than the predetermined value V0 and the machining quadrant changes, the timer t is reset and started (step 306), and then the processor of the servo motor drive control device Determines whether the time measured by the timer t is equal to or shorter than the first storage time t1 stored as speed correction data (step 307), and if not, the correction amount A0 stored corresponding to the storage time t1 is ( The correction amount A is obtained by multiplying by t / t1), and the corrected speed command is obtained by adding the correction amount A to the speed command Vc obtained in step 300 (step 308).
[0042]
If the time measured by the timer t is between the first and second storage times t1 and t2 stored as speed correction data, that is, if t1 <t ≦ t2 (step 309), the first and second Based on the correction amount magnitudes A0 and A1 stored corresponding to the storage times t1 and t2, the correction amount A is obtained by interpolation using the following equation.
A = A0 + (A1-A0) × (t−t1) / (t2−t1)
The corrected speed command is obtained by adding the correction amount A thus obtained to the speed command Vc obtained in step 300 (step 310).
[0043]
If the time measured by the timer t is between the second and third storage times t2 and t3 stored as speed correction data, that is, if t2 <t ≦ t3 (step 311), the second and third Based on the magnitudes A1 and A2 of the correction amount stored corresponding to the storage times t2 and t3, the correction amount A is obtained by interpolation using the following equation.
A = A1 + (A2-A1) × (t−t2) / (t3−t2)
A corrected speed command is obtained by adding the correction amount A thus obtained to the speed command Vc obtained in step 300 (step 312).
[0044]
The speed command thus obtained is transferred to the next process (speed loop process, current loop process, etc.) in step 315.
When the time measured by the timer t exceeds the correction period t3 (step 313), the flag F is set to “0” (step 314), and the process proceeds to step 315.
[0045]
As described above, when the quadrant of the machining position changes, the correction based on the correction data is performed on the speed command to prevent the generation of the quadrant protrusion.
[0046]
In each of the above-described embodiments, the generation of quadrant protrusions is prevented by correcting the speed command. However, the generation of quadrant protrusions can be similarly prevented by correcting the torque command.
[0047]
FIG. 15 is a block diagram of a servo motor control system of the third embodiment in which the generation of quadrant protrusions is prevented by correcting this torque command. The third embodiment differs from the embodiment of FIG. 1 in that the speed controller 14 is added to the embodiment shown in FIG. 15 and that the torque command output from the speed controller 14 is torque offset. The torque correction amount is added from the means 15 and output to the control target 5.
[0048]
That is, the position feedback of the actual position of the movable part such as the servo motor to be controlled 5 or the table driven by the servo motor is subtracted by the subtracter 1 from the position command commanded by the host controller, and the position deviation is calculated. Obtain the speed command by multiplying the position deviation by the position gain Kp (element 2), subtract the speed feedback from the speed command by the subtractor 16 to obtain the speed deviation, and control the PI (proportional integral) by the speed controller 14. Etc. to obtain a torque command, add a torque correction amount obtained from torque correction data preset in the torque offset means 15 to the torque command by an adder 17 to obtain a corrected torque command, and 5 servo motor is driven. This prevents the generation of quadrant protrusions.
[0049]
FIG. 16 is a block diagram of the fourth embodiment. The difference from the third embodiment shown in FIG. 15 is that the polarity of the position command is detected to be reversed and a correction start command is sent to the torque offset means 15. The position command inversion detection means 7 for outputting is provided. In this embodiment, the torque corrected by adding a torque correction amount based on preset torque correction data to the torque command for a predetermined time from the correction start command output from the position command inversion detection means 7. As a command, the servo motor to be controlled is driven and controlled.
[0050]
FIG. 17 is a block diagram showing a method of creating torque correction data for correcting this torque command. Compared with the method for calculating the speed correction amount shown in FIG. 4, this method is different from the method in which the speed controller 14 is added and the acceleration of the second position derivative of the position command instead of the element 13 for differentiating the position command. This is a point that has changed to the element 18 for obtaining. The learning controller 10 is the same as that described in the embodiment shown in FIGS. 3 and 4, and has a storage unit for storing data corresponding to the position deviation obtained every predetermined period during one pattern period of the position command of the same pattern. In addition, the position deviation obtained in the period and the data stored based on the position deviation of one pattern period before are added, filtered and stored as data of the period. Further, the stored data before one pattern period is output after being subjected to dynamic characteristic compensation processing and added to the position deviation.
[0051]
The position feedback from the control object 5 is subtracted by the subtracter 1 from the position command commanded by the host controller to obtain the position deviation. The learning controller 10 stores the position deviation, obtains a correction amount based on the position deviation one cycle before the repeated command, adds it to the position deviation by the adder 11, and obtains the corrected position deviation. A speed command is obtained by multiplying the deviation by the position gain Kp (element 2), a speed feedback amount is subtracted from the speed command by a subtractor 16 to obtain a speed deviation, and the speed controller 14 performs speed loop processing based on the speed deviation. A torque command (acceleration command) is obtained and the controlled object 5 is driven and controlled.
[0052]
When this learning control is performed (to process a predetermined section in which quadrant protrusions are generated), when a repeatedly commanded pattern (in the predetermined section) is repeatedly executed a plurality of times, the position deviation converges to zero. When the position deviation converges to zero, the learning controller 10 corrects the position deviation. The speed controller 14 uses the speed command and speed feedback obtained by multiplying the corrected position deviation by the position gain Kp. A speed loop control process is performed, and the command acceleration obtained by second-order differentiation (element 18) of the position command is subtracted from the torque command by the subtracter 19 to obtain the difference, which is used as torque correction data to be set in the torque offset means. In this case as well, as in the first and second embodiments described above, the torque correction data obtained from the difference between the torque command and the command acceleration is filtered to remove the nozzles to remove the second torque correction data. Alternatively, the second torque correction data may be approximated by a straight line.
[0053]
The torque correction data thus obtained is normalized or linearly approximated to have the same format as the speed correction data.
The torque correction data obtained in this way is stored in the torque offset means 15, and the quadrature protrusion is prevented from occurring by correcting the torque command.
[0054]
The processing for each position and speed loop processing cycle of the servo motor drive control device in the embodiment that prevents the generation of quadrant projections by correcting this torque command is the same as the flowchart shown in FIG. 12, FIG. 13, and FIG. In steps 100, 200, and 300, the speed command is obtained by performing position loop processing in step 100, 200, and 300, and the speed loop processing is further performed based on the speed command and speed feedback. And the correction amount A obtained in steps 105, 208, 308, 310, and 312 is obtained based on the torque correction data, and is added to the torque command obtained in steps 100, 200, and 300. 109, 211, and 315 merely replace the output of the torque command, not the output of the speed command. Others are the same as the processing of the flowcharts shown in FIGS.
[0055]
FIG. 18 is a diagram illustrating a result of an experiment performed for verifying the effect of the present invention. In FIG. 18, (a) is a diagram when arc processing is performed without performing correction for reducing quadrant protrusions. (B) is a figure when the same circular arc shape is processed by performing the correction for reducing the quadrant protrusion conventionally performed. (C) is a figure when learning control is performed and the same circular arc shape is processed. (D) is a figure when processing the same circular arc shape by the 1st Embodiment of this invention. (E) is a figure when processing the same circular arc shape by the 2nd Embodiment of this invention. In FIGS. 18A to 18E, the memory represents an error display in units of 2 μm in a circular arc machining portion. The circled portion is an enlarged display of the error at the point where the quadrant changes, and the enlarged scale is the same in (a) to (e).
[0056]
As a result of the experiment of FIG. 18, when there is no quadrant protrusion correction (a), when the quadrant changes, the protrusion generated on the processing surface (error with respect to the command value) is the largest. In addition, when the conventional method based on quadrant protrusion correction is applied (b), the quadrant protrusion is next enlarged. When learning control is applied (c), the quadrant projections are small. Furthermore, in (d) and (e) to which the present invention is applied, there are almost no quadrant projections, and there is no particular difference from the processing accuracy when the quadrant does not change.
[0057]
【The invention's effect】
The present invention improves the machining accuracy, prevents the occurrence of quadrant projections that are likely to occur when the quadrant changes in arc machining or the like, and reduces the quadrant projections.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a principal block diagram of a drive control apparatus for a servo motor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a principal block diagram of a drive control device for a servo motor in a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram when speed correction data in each embodiment is created by learning control.
FIG. 4 is a block diagram of another method for creating speed correction data in each embodiment by learning control.
FIG. 5 is an explanatory diagram when noise is removed from speed correction data obtained by learning control to obtain second speed correction data.
FIG. 6 is an explanatory diagram when second speed correction data is obtained by linearly approximating speed correction data obtained by learning control.
FIG. 7 is a block diagram for analyzing the collected speed correction data to obtain final speed correction data.
FIG. 8 is a block diagram for creating speed correction data from a friction model.
FIG. 9 is a block diagram for creating speed correction data with noise removed from a friction model.
FIG. 10 is an explanatory diagram of normalized speed correction data.
FIG. 11 is an explanatory diagram of speed correction data approximated by a straight line.
FIG. 12 is a speed correction process flowchart according to the first embodiment;
FIG. 13 is a flowchart of speed correction processing in the second embodiment.
FIG. 14 is a flowchart of another speed correction process in the second embodiment.
FIG. 15 is a block diagram of a servo motor control system in a third embodiment in which the generation of quadrant protrusions and the like is prevented by correcting a torque command.
FIG. 16 is a block diagram of a servo motor control system in a fourth embodiment in which the generation of quadrant protrusions is prevented by correcting a torque command.
FIG. 17 is an explanatory diagram of a method for creating torque correction data in the third and fourth embodiments.
FIG. 18 is a diagram showing the results of an experiment conducted to confirm the effect of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Subtractor
2 Position gain element of position loop
3 Adder
4 Speed offset means
5 Control target
6 integral elements
7 Position command reverse detection means
10 Learning controller

Claims

In a control device for driving and controlling a servo motor by outputting a speed command for each predetermined cycle based on a deviation between a position command sent from a host control unit or a host control unit at a predetermined sampling cycle and a position feedback from a position detector, A predetermined section of the driven part driven by the servo motor is repeatedly driven to obtain a position deviation over a predetermined period, learning control is performed based on the position deviation, and based on a speed command obtained by the learning control Correction data is obtained, the correction data is analyzed, second correction data approximated by a function is created, and the servo motor is driven and controlled while the speed command is corrected with the second correction data over a predetermined time. A drive control device for a servo motor, characterized in that

The servo motor drive control device according to claim 1, wherein the correction data is a speed command obtained by learning control.

The servo motor drive control device according to claim 1, wherein the correction data is obtained by subtracting a differential value obtained by differentiating the position command from a speed command obtained by learning control.

The correction data is correction data for a predetermined time from the time of position command reversal, and has means for detecting the reversal of the position command, and obtains a correction amount from the correction data for a predetermined time from the time of position command reversal. 4. The servo motor drive control device according to claim 1, wherein the speed command is corrected.

Wherein connecting the computer to the drive controller of the servo motor, the servo motor drive according to any one of claims 1 to 4, characterized in that to create a second correction data of said velocity command by the computer Control device.

Based on the deviation between the position command sent from the host controller or the host controller at a predetermined sampling cycle and the position feedback from the position detector, a speed command is output every predetermined cycle, and the speed command and the speed from the speed detector are output. In a control device that drives and controls a servo motor by outputting a torque command at predetermined intervals based on a deviation from feedback,
A predetermined section of the driven part driven by the servo motor is repeatedly driven to obtain a position deviation over a predetermined period, learning control is performed based on the position deviation, and based on a torque command obtained by the learning control Correction data is obtained, the correction data is analyzed, second correction data approximated by a function is created, and the servo motor is driven and controlled while correcting the torque command with the second correction data over a predetermined time. A servo motor drive control device characterized by that.

The servo motor drive control device according to claim 6 , wherein the correction data is obtained by subtracting a differential value obtained by second-order differentiation of the position command from a torque command obtained by the learning control.

The correction data is correction data for a predetermined time from the time of reversing the position command, and has means for detecting the reversal of the position command. servo motor drive controller according to claim 6 or claim 7, characterized in that to correct.

Wherein connecting the computer to the drive controller of the servo motor, the servo motor drive according to any one of claims 6 to 8, characterized in that to create a second correction data of the torque command by the computer Control device.

Instead of obtaining the correction data by learning control, it has means for detecting the reversal of the position command, and an open loop until the torque command is created from the speed command for a model of friction that acts on the control target of the control device. 2. The servo motor drive control device according to claim 1, wherein the output when the input to the inverse function of the transfer function is the correction data of the speed command in a predetermined time from the reversal of the position command.

Wherein applying a filter to the output of the inverse function, the servo motor drive controller according to the output of the filter to claim 1 0, characterized in that the correction data of the velocity command.

Servo motor drive controller according to claim 1 1, characterized in that the correction data of the correction data to correct the delay due to the delay time period earlier in the filter of the filter.